单闭环调速系统

单闭环直流调速系统

课题：单闭环直流调系统

班级：铁道自动化091班

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学号：200901350113

主要内容

引言

1.单闭环有静差调速系统组成及静特性

2.单闭环调速系统的稳态特性

3.单闭环调速系统的动态特性

1.1单闭环有静差调速系统

根据自动控制原理，为了满足调速系统的性能指标，在开环系统的基础上，引入反馈构成单闭环有静差调速系统，采用不同物理量的反馈便形成不同的单闭环系统，在此引入转速负反馈为例，构成转速负反馈直流调速系统。

系统组成：

在电机上安装一台测速发电机TG，从而引出与转速成正比的负反馈电压，与转速给定电压相比较后，得到偏差电压，经过放大器产生触发装置的控制电压，用以控制电机转速，从而构成了转速负反馈系统。

由于被调量是转速，所以称这种系统为调速系统。

图1.1 单闭环有静差负反馈调速系统原理图

1.2 对转速负反馈调速系统的分解（1）运算放大器

1> 运算放大器作调节器使用时,多数接成反号放线

路,如图所示。其中Z01、Z02为输入阻抗；Z1为反馈阻抗；Zba1为同相输入端的平衡阻抗，用以降低放大器失调电流的影响。

2> 当运放处于深度负反馈时，

有虚短与虚短特性。

虚断：正相输入与反相输入之间

的电流为零。

虚短：正相输入与反相输入之间

的电压为零。 运算放大器构成的调节器

Up=Uo=0

3>调节器的传递函数如式

（2）晶闸管

晶闸管（VT ）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器。

工作原理： 晶闸管T 在工作过程中，它的阳极（A ）和阴极（K ）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G 和阴极K 与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。 晶闸管的工作条件：

11

120102

011120102

()()()

(()())ex in in in in Z Z U s U s U s Z Z Z Z U s U s Z Z =+=+

1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态

2. 晶闸管承受正向阳极

电压时，仅在门极承受正向电

压的情况下晶闸管才导通。这

时晶闸管处于正向导通状态,

这就是晶闸管的闸流特性,即

可控特性.

3. 晶闸管在导通情况

下，只要有一定的正向阳极电

压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。门极只起触发作用

4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

K p--比例调节器放大系统；

K s--晶闸管触发--整流装置的放大系数；

1.3调速系统的稳态特性

（1） 调速系统的单闭环个环节输入输出量的静态关系如下： 电压比较环节 放 大 器

晶闸管触发整流装置 V-M 系统开环机械特性 测速发电机

n n n

U U U *

∆=-ct p n

U K U =∆d s ct

U K U =()/d d e n U I R C =-Φn n U n

α=

0p s n d d d op op

e e e K K U U I R RI n n n C C C *

-==-=-∆ΦΦΦ

0(1)(1)

p s n

d

cl cl

e e K K U RI n n n C K C K *

=

-

=-∆Φ+Φ+（3） 由静态结构图可求得转速负反馈闭环调速

的静特性方程式

开环机械特性：

闭

环机械特性

(1/(1)(1)

p s n d p s n

d

e p s n e e e K K U I R

K K U RI n C K K C C K C K α*

*

-=

=

-

Φ+Φ

Φ+Φ+/p s n e K K K C α=Φ

是闭环系统的开环放大倍数

静态性分析

（4）闭环系统静特性变硬分析

1>闭环系统静特性和开环机械特性的关系

2>闭环调速控制系统的给定和扰动作用

结论：闭环系统静特性变硬的实质是闭环系统的自动调节

作用.

(5)单闭环调速系统的基本性质

1>有静差率系统就是使用比例调节器的闭环控制系

统。

2>闭环系统对于给定输入绝对服从

3>转速闭环系统的抗扰动性能

（6）单闭环启动过程分析

1>突加给定电压时，由于电机惯性，转速不能立即

建立起来，转速反馈电压为零，偏差电压是稳态工

作值（1+K)倍。

2>由于放大器和触发整流装置的惯性都很小，整流

电压会立即达到最高值。

(7)单闭环有静差调速系统评价

系统静特性变硬，在一定静差率要求下调速范围变宽，且系统具有良好的抗扰性能。

1.4单闭环调速系统的动态分析

上面，我们讨论了单闭环调系统的稳态性能，通过引入转速负反馈并且有了足够大的放大倍数K后，就可以减少稳态速降，满足系统的稳态要求。但是，放大系数过大的可能引起闭环系统动态性能变差，甚至造成系统不稳定，必须采取适当校正措施才能使系统正常工作并满足动态性能要求。为此，必须分析系统的动态性能。

1. 单闭环调速系统的动态数学模型

为了进行系统的动态分析，必须搞清楚组成系统各环节的特性，建立各环节的传递函数，最终建立起整个系统的动态数学模型——系统的传递函数。下面我们针对图8.33的单闭环调速系统建立各环节及系统的数学模型。

（1）额定励磁下直流电动机的传递函数

图8.37绘出了额定励磁下他励直流电动机的等效电路，其中电枢回路电阻R和电感L包含整流装置内阻和平波电抗器的电阻与电感在内，规定在正方向如图中所示。